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2019-06
貌似“弱不禁風” 硬碳氣凝膠本領高強
最近,中國科學技術大學俞書宏教授領導的課題組受自然界蜘蛛網同時具有高強度和彈性的啟發,巧妙通過模板法,制備了一系列具有納米纖維網絡結構的硬碳氣凝膠。該系列氣凝膠具有超彈性、抗疲勞以及穩定性好等優點。研究成果被選為封底論文發表在《先進材料》上。 氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量,有時也被稱為“固態煙”或“凍住的煙”。氣凝膠貌似“弱不禁風”,其實非常堅固耐用。它可以承受相當于自身質量幾千倍的壓力,在溫度達到1200攝氏度時才會熔化。此外它的導熱性和折射率也很低,絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強39倍。由于具備這些特性,氣凝膠便成為航天探測中不可替代的材料,俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器都用它來進行熱絕緣。 碳材料可按碳原子雜化軌道的不同大致可分為石墨碳、軟碳和硬碳。軟碳和硬碳主要用于描述聚合物熱解制備的碳材料,在熱解過程中,一些碳原子重構成二維芳族石墨烯片,如果這些石墨烯片大致平行,在高溫下則容易石墨化,這種碳被稱為軟碳;如果這些石墨烯片隨機堆疊并通過邊緣碳原子交聯,高溫下不能石墨化,這種碳則稱為硬碳。 通常來說,石墨碳和軟碳具有高彈性,容易變形,但是強度較低;由于硬碳微觀上亂層“紙牌屋”結構的存在,硬碳材料在機械強度和結構穩定性方面展現出極大的優勢,但是本征性質較脆且易碎。如何將硬碳材料制備成超彈性塊材是目前面臨的一個挑戰。 研究人員通過使用間苯二酚-甲醛(RF)樹脂作為硬碳源,以多種一維納米纖維作為結構模板制備RF的納米纖維氣凝膠,通過高溫碳化即可得到超彈性硬碳氣凝膠。這種硬碳氣凝膠微觀結構精細,由大量的納米纖維和納米纖維之間的焊接點構成。這種方法簡單高效,容易規?;a,通過調節模板與樹脂單體的添加量,可簡便地調控納米纖維的直徑、氣凝膠的密度、機械性能等。 與傳統硬而脆的硬碳塊材不同,這種硬碳氣凝膠表現出優異的彈性性能,如結構穩定,在壓縮50%之后,微觀結構依然能恢復;回彈速度高于眾多石墨碳基的彈性材料;低能量損耗系數,一般石墨及軟碳材料內部存在的分子間作用力,會造成粘附力和摩擦力從而耗散很多能量;抗疲勞性,在50%應變下測試104個循環后,碳氣凝膠僅顯示2%的塑性變形,并保持93%的初始應力。 研究人員還探索了這種硬碳氣凝膠在彈性導體方面的應用,在50%的應變下多次壓縮循環后,電阻幾乎不變,展示出穩定的機械-電學性能,同時可以在苛刻的條件下(例如在液氮中)保持超彈性及電阻穩定性。 正是基于其優異的機械性能,這種硬碳氣凝膠有望應用于具有高穩定性、大量程、可拉伸或可彎曲的應力傳感器。此外,這種方法可擴展到制備其他非碳基復合納米纖維氣凝膠,為今后提供了一種通過設計納米纖維的微觀結構將剛性材料轉變成彈性或柔性材料的新途徑。
2019-06-14
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空分裝置制氬操作比較復雜?
全精餾制氬就是在粗氬塔中進行氧一氬分離,直接得到氧含量小于1×10-6 的粗氬,在精氬中再進行氬一氮分離,得到純度為99.999%的精氬產品。 隨著空分技術的飛速發展和市場的需求,越來越多的空分裝置采用了無氫制氬流程來制取高純度氬產品。但由于制氬操作相比較復雜,很多的帶氬空分裝置沒有提氬,一些投運氬系統的裝置由于用氧工況的波動,操作水平的限制等因素造成運行狀況不盡如人意。通過以下淺顯步驟說明,使操作人員能夠對無氫制氬有個基本了解! 制氬系統的調試 * 全開工藝氬出粗氬塔進精氬塔前放空閥V766;粗氬塔I底部液體吹除、排放閥V753、754(需24~36小時)。 * 全開工藝氬出粗氬塔I去精氬塔閥V6;精氬塔頂部氬側不凝氣排放閥V760;精氬塔、精氬量筒底部液體吹除、排放閥V756、V755(預冷精氬塔可與預冷粗氬塔同時進行)。 檢查氬泵 * 電控系統――接線、控制、顯示是否正確; * 密封氣――壓力、流量、管路是否正確且不漏氣; * 電機轉動方向――點動電機,確認轉動方向正確; * 泵前后配管――檢查確認管路系統通暢。 全面檢查氬系統儀表 ① 粗氬塔I、粗氬塔II塔阻力(+)(-)壓管、變送器及顯示儀表是否正確; ② 氬系統所有液位計(+)(-)壓管、變送器及顯示儀表是否正確; ③ 所有壓力點取壓管、變送器及顯示儀表是否正確; ④ 工藝氬流量FI-701(孔板在冷箱內)(+)(-)壓管,變送器及顯示儀表是否正確; ⑤ 檢查所有自動閥門及其調節、連鎖是否正確。 主塔工況調整 * 在保證氧純度的前提下拉大氧氣產量; * 控制下塔富氧液空36~38%(液氮節流進上塔閥V2); * 在保證主冷液面的前提下減小膨脹量。 粗氬塔積液 * 進一步預冷至氬塔溫度不再下降的前提下(吹除、排放閥已關閉),微開(斷續)液空節流進粗氬塔I冷凝蒸發器閥V3,使粗氬塔冷凝器間斷工作產生回流液體,將粗氬塔I塔填料冷透,并積聚在塔底一部分; 提示:初次開V3閥時密切注意PI-701壓力的變化不要劇烈波動(≤60KPa);觀察粗氬塔I底部液位LIC-701液位的從無到有,一旦漲到1500mm~滿量程之間時,結束預冷關閉V3閥。 預冷氬泵 * 開泵前截止閥; * 先開泵前吹除閥V741、V742冷泵前管道; * 微開(斷續)泵后吹除閥V737、V738直至液體連續噴出。 提示:此項工作首次是在氬泵供應商指導下進行;安全問題防止凍傷。 啟動氬泵 * 全開泵后回流閥,全關泵后截止閥; * 啟動氬泵后全開氬泵后截止閥; * 觀察泵后壓力應穩定在0.5~0.7Mpa(G)。 投粗氬塔 ① 啟動氬泵后,開V3閥前,LIC-701液面會因液體損耗不斷下降,啟動氬泵后應盡快打開V3閥,使氬塔冷凝器投入工作而產生回流液體; ② V3閥開度要非常緩慢,否則主塔工況會產生大的波動,影響氧純度,粗氬塔工作后打開氬泵送出閥(開度視泵后壓力而定),最終送出閥及回流閥配合至穩定住FIC-701液位; ③ 觀察兩個粗氬塔阻力,正常粗氬塔II 為3KPa、 粗氬塔I為 6Kpa; ④ 投入粗氬時應密切觀察主塔工況; ⑤ 阻力正常后要經較長時間主塔工況才能建立,所有上述操作都應小幅、緩慢; ⑥ 初次投氬系統阻力正常后至工藝氬含氧量達標~36小時; ⑦ 氬塔工況建立初期,應減少工藝氬的取出量(15~40m3/h)以利于純度的提高,當純度接近正常時,應適當拉大工藝氬流量(60~100m3/h),否則易造成氬塔濃度梯度的失衡而影響主塔工況。 投精氬塔 ① 工藝氬含氧量正常后,應逐步打開V6閥關小V766將工藝氬導入精氬塔中; ② 精氬塔液氮蒸汽閥V8全開或投自動,控制精氬塔冷凝蒸發器氮側壓力PIC-8 在45Kpa; ③ 逐漸打開液氮進精氬塔冷凝蒸發器閥V5,使精氬塔冷凝器工作負荷加大; ④ V760適當打開,投精氬塔初期可全開,正常后可控制精氬塔塔頂不凝氣排放FI-702流量在2~8m3/h; ⑤ 精氬塔PIC-760在工況稍有波動時極易出現負壓,負壓會造成冷箱外濕空氣倒吸入精氬塔中,冰凍結在管壁及換熱器表面造成堵塞,因此應杜絕負壓產生(控制V6、V5、V760開度); ⑥ 當精氬塔底部液面有~1000mm時,微開精氬塔塔底再沸器氮路閥V707和V4,視情況掌握開度,開得過大會增加PIC-760的壓力,造成工藝氬FI-701流量減??;開得太小,精氬塔壓力波動幅度較大,工況不穩定,控制PIC-760精氬塔壓力為10~20KPa最好。 氬餾份含氬量調整 氬餾份含氬量的多少決定了氬提取率的高低,直接影響氬產品的產量。適當的氬餾份含氬量為8~10%。影響氬餾份含氬量的因素主要有以下幾方面: * 氧氣產量——氧產量越大氬餾份含氬量越高,但相應氧純度會越低,氧氣中氮含量越高,氮塞的危險性越大; * 膨脹空氣量——膨脹空氣量越小氬餾份含氬量越高,但膨脹空氣量越小液體產品產量越??; * 氬餾分流量——氬餾分流量即粗氬塔負荷,負荷越小氬餾份含氬量越高,但負荷越小氬產量越小。 氬產品產量調整 當氬系統工作平穩正常后,需調整氬產品產量使其達到設計工況。主塔的調整按第5條進行。氬餾份流量取決于V3閥的開度,工藝氬流量取決于V6、V5閥的開度。調整的原則應盡量緩慢!甚至可以每天增加僅各閥門1%的開度,使工況經歷純化系統切換、用氧變化及電網的波動。如氧純度、氬純度正常,工況穩定的話,可繼續增加負荷。如某工況有變壞的趨勢,說明工況已到極限,應加以回調。 氮塞的處理 什么是氮塞?冷凝蒸發器負荷下降甚至停止工作,氬塔阻力波動下降,直至0,氬系統停止工作,這種現象叫做氮塞。保持主塔工況穩定是避免氮塞的關鍵。 * 輕微氮塞的處理:全開V766、V760并適當減小氧產量,如能穩住阻力不再下降,當進入氬系統的氮氣排完后,全系統可恢復正常工作; * 嚴重氮塞的處理:一旦出現粗氬阻力急劇波動,并在短時間內變成0,表明氬塔工況垮掉了,這時應全開V766、V760,全關氬泵后送出閥,全開氬泵后回流閥,全關V3,盡量使氬塔內液體留在氬塔內,以免進一步破壞氧純度適當關小氧氣產量,等主塔工況逐步恢復正常后再重新投入氬塔。 氬系統工況的精細控制 ① 由于氧-氬的沸點較為接近,氧-氮的沸點差值相對較大。從分餾的難易程度上來說,調氬的困難程度遠大于調氧。上下塔阻力建立后1~2個小時氧純度可達標,而氬塔阻力建立后正常操作約需24~36小時氬中氧純度才能達標。 ② 氬系統工況難建易垮,系統復雜,調試周期長,稍有不慎工況就可能在短時間出現氮塞而垮掉。如能按13條正確操作,保證氬塔中積存的氬組分的總量,再次建立粗氬塔阻力至氬中氧純度正常約需要10~15小時。 ③ 操作者應對流程熟悉,并在調試過程中具有一定的前瞻性。氬系統的每次細微調整均需要較長時間才能在工況上反映出來,忌諱經常、大幅度調整工況,因此保持清晰的思路,平和的心態非常重要。 ④ 氬提取率的高低受多種因素的影響。因氬系統的操作彈性小,實際操作中不可能將操作彈性繃的過緊,工況的波動對提取率非常不利?;?、有色冶煉等用氧平穩的裝置提取率比斷續用氧的煉鋼等要高;煉鋼行業多臺空分聯網要比單臺空分供氧的氬提取率高;大空分要比小空分的氬提取率高;高水平的精心操作比低水平的操作提取率要高;裝置配套水平高的氬提取率高(如膨脹機的效率;自動閥門、分析儀表的精度等)。
2019-06-10
空分設備石化市場占有率翻番
從國通用機械工業協會氣體分離設備分會了解到,近三年來我國空分設備市場結構在悄悄發生變化,雖然市場仍以冶金行業為主,但隨著石化、化肥行業的快速發展,空分設備在石化行業的市場占有率已由2002年的14.5%增長到2005年的30%左右。另外,空分設備大型化發展趨勢更加明顯,制造技術也日臻成熟。 據悉,2005年在國內市場簽訂的25套3萬等級以上的空分設備中,有10套用于石化和化肥行業;全行業簽訂2萬等級以上的空分設備共39套,其中3萬等級以上的大型空分設備占25套,是歷史上大型空分設備市場發展最快的一年。 專家認為,帶動我國空分設備向大型化發展的主要原因有三:一是我國對鋼鐵行業進行宏觀調控后,冶金行業實行聯合重組帶來新的市場需求;二是石化、化肥行業的發展,特別是煤制油、大化肥、大乙烯等工程的上馬,為大型空分設備開辟了新的發展空間;三是國內大型空分設備制造技術日趨成熟以及性價比的優勢,贏得了越來越多的國內用戶的信賴。 另外,我國空分設備制造業在新產品開發和新技術應用方面又取得新的突破,推動了我國空分設備制造技術的發展。其中,杭氧股份有限公司為伊朗提供的兩套63000m3/h空分設備是目前國內自主開發的最大等級的空分設備,其裝置采用全低壓分子篩凈化吸附、中壓空氣增壓透平膨脹機、規整填料和全精流制氬技術的氧氣內壓縮工藝流程,填補了我國自主研制6萬等級空分設備的空白;為中原大化50萬噸/年甲醇工程提供的52000m3/h空分設備,采用空氣增壓、氧氮雙泵內壓縮流程,是目前我國最大的國產化空分設備。另據介紹,目前在用氧壓力達4.6MPa以上的化工企業使用的空分裝置,均采用了液氧泵內壓縮流程,氧提取率可達95%~97%,氬提取率可達70%~80%,這些技術指標已接近國際先進水平。?
我國學者研制出顯著降低“水制氫”成本的新型催化劑
? ? ? ? 氫能是一種高能、潔凈的可再生能源,通過電解水方式低成本、高效率地制備氫氣,是當前國際科研的熱點之一。近期,中國科學技術大學宋禮教授和江俊教授合作,創新思路設計出一種“松果結構”的鉑金屬催化劑,在制氫效果不變的情況下將鉑金屬的用量降低到傳統商業催化劑的約1/75。日前國際知名學術期刊《自然·能源》發表了該研究成果。 ? ? ? ? 氫能被認為是一種“終極能源”,電解水是最被看好的制備方式之一。電解水的過程中需要使用催化劑,但在催化過程中卻存在原子“忙閑不均”的現象:參與反應的主要是鉑金屬催化劑表層的原子,內層的鉑原子卻在“無所事事”,導致資源浪費和成本高昂。 ? ? ? ? 近期,中科大科研人員想到了一個好辦法,他們將之前扁平形的催化劑做成一顆顆球形的“松果”,使鉑原子位于“松果”的表面,保證了它們都身處“生產一線”。由此,以前的二維平面反應被改造成為三維立體反應。 ? ? ? ? 實驗結果表明,當電解溶液中的反應物通過這種“松果形”催化劑時,形成氫氣的效率大大增加。在產氫量相同的情況下,這種新型催化劑所需要的鉑金屬,只有傳統商業催化劑的約1/75,大大降低了制氫成本。 ? ? ? ? 據了解,這項研究同時深化了催化劑效果與結構之間關系的認知,為進一步優化催化劑性能指明了方向。
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2019-04
精密過濾器仍有巨大研發空間
精密過濾器的優勢在于能夠更有效的清除液體中的雜質,現今的市場中直飲水的建設正在不斷開拓和發展中,直飲水擁有巨大潛力,其中就要依靠各種類型的精密過濾器。要區分一個概念,精密過濾器不但在工業生產、醫藥、食品中有應用,在日常生活的飲用水方面同樣有其重要的地位?! ⊥ㄟ^精密過濾器來過濾水也是一些濾水器的核心部件,不但可以阻截水中的雜質,包括顆粒物、懸浮物,也可以阻隔空氣中的一些雜質,和其他的一些自動清洗的
2019-04-12
影響冷凍干燥機工作效率的原因
冷凍干燥機能夠在非常短的時間內凍結物質,對于一些特殊的工廠或商家來說是很重要的一箱設備,普通型的冷凍干燥機的工作原理很簡單,說白了就是熱和質的傳遞,但是影響熱和質的傳遞的因素有很多,他們都會在一定程度上影響傳遞效率,從而影響冷凍的效率?! ?、物料的形態與組分 根據凍干物料的形態通常分為固體和液體。固體的形態和液體的濃度對冷凍干燥速率的影響較大?! ?、預凍速率 冷凍時所形成的晶體大小在很大程
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